Géothermie et propriétés de la Terre

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Il existe deux modes de transfert d’énergie thermique : la

convection et la conduction.

La conduction est un mode de transfert d’énergie thermique qui ne nécessite pas de mouvements de matière. La chaleur est transférée de proche en proche par simple agitation des atomes. Plus la différence de température entre deux matériaux est importante, plus ce transfert sera efficace. Par contre, il dépend aussi de la conductivité thermique des matériaux. À l’échelle du globe, la lithosphère est le siège de phénomènes de conduction. La limite noyau-manteau libère aussi de l’énergie par conduction en direction du manteau.

La convection est un mode de transfert d’énergie thermique qui ne peut se réaliser que dans un matériau ayant un comportement fluide. Soumis à une quantité de chaleur supérieure à celle qu’il peut évacuer, il s’échauffe, devient moins dense et remonte à la surface puis redescend une fois refroidi. La convection constitue un

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mécanisme de transfert d'énergie efficace. Elle s'effectue au sein du manteau comme au sein du noyau.

Ces deux phénomènes permettent de mieux comprendre le gradient géothermique. Au début la pente est faible dans le cas de la lithosphère cela signifie que son de mode de transfert est la conduction. Puis pour le manteau asthénosphérique et le manteau inferieure, la pente est forte ce qui signifie que le transfert de chaleur est facilité et donc son mode de transfert est la convection. En effet cette couche du globe est compose de péridotite solide, mais elle a un comportement ductile, c’est-à-dire qu’elle est « malléable ». Ensuite à la limite manteau-noyau la pente est faible donc le transfert se fait difficilement, c’est une conduction. Enfin dans le noyau externe la pente est fort donc le transfert se fait facilement, c’est donc de la convection. Ce qui est logique car le noyau étant liquide il convecte facilement.[pic 4]

[pic 5]

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On peut regrouper en un schéma qui montre plusieurs phénomènes de la géothermie, on voit le mode de transport utilise dans chaque couche du globe. Puis la désintégration des substances radioactives qui produit de l’énergie et qui va être transférer. Enfin on voit les flux géothermique et le magmatisme résultant de la radioactivité, la chaleur initiale et la chaleur de différenciation. Nous avons vue quels mécanismes permettent le transfert d’énergie thermique. Comment cette énergie peut-elle être utilise par l’Homme afin de produire de l’électricité ?

Pour produire son énergie, l’Homme utilisait préférentiellement les roches fossiles jusqu’à la fin du XXe siècle. Aujourd’hui, leurs stocks s’épuisent et leur utilisation excessive depuis l’ère industrielle a fortement participé au bouleversement climatique conduisant à un réchauffement important de la planète. L'utilisation de la géothermie comme ressource énergétique passe par l'eau. Il y a trois types de géothermie :

- La géothermie a base énergie : Elle permet de produire de la chaleur et est utilisée pour le chauffage de nos maisons, le chauffage des serres horticoles, l’aquaculture, la balnéothérapie, le séchage du bois. Le principe de la géothermie a basse énergie est simple, un forage profond puise l’eau dans un aquifère. Un aquifère est une formation géologique permettant la circulation de l'eau dans les roches. Il peut être naturel ou artificiel. Cette eau va

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donc être prélevé et directement utilise et non transforme en électricité.

[pic 6]

- La géothermie de très basse énergie : elle est utilisée dans de petites installations, qui peuvent être mises en place au niveau d’un quartier ou d’une maison individuelle. On utilise alors des pompes à chaleur ou des tuyaux enterrés. Le principe est le suivant : on pompe de l'eau dans le réservoir, après passage dans un échangeur, le fluide de la pompe à chaleur en extrait de l'énergie en se vaporisant (quelques degrés), puis un compresseur concentre cette chaleur puis elle est récupérée au profit du circuit de chauffage. Il existe également des pompes à chaleur

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dites à absorption, qui sont utilisées pour produire du froid (pour la climatisation par exemple)

[pic 7]

- La géothermie a haute énergie : La géothermie à haute énergie consiste à aller puiser à de très grandes profondeurs des eaux très chaudes. Lorsque cette eau est ramenée à la surface, elle dégage de la vapeur d’eau qui va être utilisée pour faire fonctionner des turbines et donc produire de l’électricité.[pic 8]

[pic 9]

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On voit ci-dessous une centrale géothermique qui fonctionne avec quatre étapes qui se répètent :

- Étape 1 : On injecte de l’eau froide en profondeur par un puits central.

- Étape 2 : L’eau froide qui circule se réchauffe au contact

des roches chaudes.

- Étape 3 : L’eau réchauffée est remontée à la surface par un puits de production.

- Étape 4 : L’eau chaude produit de la en vapeur d’eau qui vient actionner une turbine permettant ainsi la production d’électricité.

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